Processo di degasaggio nel trattamento delle acque reflue

Il degasaggio e l'aerazione sono due processi di trasferimento di massa comuni nel trattamento delle acque. Il primo serve a rimuovere il gas disciolto nell'acqua, mentre il secondo serve a dissolvere il gas (aria) nell'acqua.

Il processo di degasaggio appartiene al processo di separazione di trasferimento di fase gas-liquido, ovvero il gas (gas di trasporto) viene introdotto nelle acque reflue per metterle completamente in contatto tra loro, in modo che il gas disciolto e i soluti volatili nelle acque reflue passino attraverso l'interfaccia gas-liquido e il trasferimento alla fase gassosa, raggiungendo così lo scopo di rimozione degli inquinanti. Pertanto, il processo di degasaggio viene spesso chiamato "stripping".

L'acqua e le acque reflue spesso contengono gas disciolti e l'acqua naturale contiene una varietà di gas. Poiché l'ossigeno e l'azoto sono i componenti principali dell'atmosfera, l'acqua superficiale contiene principalmente questi due gas. L’anidride carbonica è un altro componente atmosferico comune e la sua concentrazione varia da luogo a luogo, in gran parte a seconda della produzione industriale e delle condizioni di insediamento umano nell’area.

Pertanto, anche l'anidride carbonica è un gas comune nell'acqua. Ad esempio, una grande quantità di CO2 viene prodotta quando le acque reflue contenenti acido solforico vengono neutralizzate con calcare, e una grande quantità di CO2 viene prodotta anche quando l'acqua passa attraverso uno scambiatore di ioni idrogeno durante il processo di addolcimento e desalinizzazione.

Le proprietà dell'azoto e dell'ossigeno sono molto diverse da quelle dell'anidride carbonica. I primi due non si ionizzeranno in acqua, quindi queste molecole produrranno pressione di gas in soluzione; l'anidride carbonica produce acido carbonico ionizzabile nell'acqua, quindi solo le parti che non hanno ancora reagito produrranno pressione del gas. Quando il valore del pH è inferiore a 4,5, tutta l'anidride carbonica disciolta nell'acqua esiste sotto forma di gas; quando il valore del pH è superiore a 8,5 tutta l'anidride carbonica viene ionizzata.

Altri gas ionizzabili comuni includono H2S, HCN e NH3.

La respirazione degli organismi influenza la composizione dei gas nell'acqua. I batteri del suolo possono produrre una grande quantità di anidride carbonica nell'acqua di pozzo; non c'è ossigeno nell'acqua dei pozzi profondi perché alcuni batteri hanno consumato ossigeno dall'acqua superficiale infiltrata. I detriti organici sul fondo delle paludi e dei laghi poco profondi generalmente producono H2S e CH4 dopo la decomposizione anaerobica e talvolta il metano si trova nell'acqua dei pozzi.

I suddetti gas possono corrodere l'impianto, oppure essere di per sé dannosi, o essere dannosi per i successivi trattamenti, pertanto devono essere separati ed eliminati.

Lo scopo principale del degasaggio è rimuovere vari gas nocivi dall'acqua, mentre lo scopo principale dell'aerazione è ossigenare l'acqua. Il processo di degasaggio è principalmente un processo di trasferimento di fase fisico, mentre l'aerazione è più complicata. Insieme all'ossigeno presente nell'aria che entra nell'acqua, si verificheranno contemporaneamente alcune reazioni di ossidazione. Quindi è un processo fisico-chimico e anche biochimico.

Con l’ingresso dei processi biochimici nel campo del trattamento delle acque reflue, anche la tecnologia di aerazione ha ricevuto attenzione. Ad esempio, la tecnologia dei filtri biologici aerati, la tecnologia SBR (trattamento sequenziale dei fanghi attivi in ​​batch), ecc.

Secondo la teoria dell'equilibrio della fase gas-liquido e della velocità di trasferimento di massa, in un sistema bifase gas-liquido, la pressione parziale del gas soluto nella fase gassosa è proporzionale alla concentrazione del gas nella fase liquida.

Quando la pressione parziale della fase gassosa del componente è inferiore alla pressione parziale di equilibrio della fase gassosa corrispondente alla concentrazione del componente nella sua soluzione, si verificherà il trasferimento di massa del componente soluto dalla fase liquida alla fase gassosa. La velocità di trasferimento di massa dipende dalla differenza tra la pressione parziale di equilibrio dei componenti e la pressione parziale della fase gassosa.

La relazione di equilibrio della fase gas-liquido e la velocità di trasferimento di massa variano con il sistema materiale, la temperatura e le condizioni di contatto delle due fasi. Per un dato sistema di materiale, aumentando la temperatura dell'acqua, utilizzando aria fresca o funzionamento a pressione negativa, aumentando l'area e il tempo di contatto gas-liquido e riducendo la resistenza al trasferimento di massa, è possibile ridurre la concentrazione della soluzione in acqua e la massa la velocità di trasferimento può essere aumentata.

La solubilità di un gas in un liquido è proporzionale alla pressione parziale di equilibrio del gas sulla superficie del liquido, che è la legge di Henry. Un'altra legge importante sulla solubilità dei gas è la legge di Dalton, che afferma che la pressione totale di una miscela di gas è uguale alla somma delle pressioni parziali di ciascuno di questi gas, e questo è direttamente correlato al loro rapporto molare o volumetrico.

Ad esempio, l'aria contiene generalmente l'80% di azoto e il 20% di ossigeno e la pressione atmosferica è solitamente di 101325 Pa (760 mmHg). La legge di Dalton afferma che la pressione parziale dell'O2 nell'aria è 152 mmHg (0,20X760 mmHg) e la pressione parziale dell'N2 è 608 mmHg (0,80×760 mmHg).

La temperatura ha una grande influenza sulla solubilità del gas. Quando la temperatura aumenta, la solubilità diminuirà. Questo perché l'aumento della temperatura fa aumentare la pressione del vapore dell'acqua stessa, per cui le molecole d'acqua che tracimano dall'interfaccia liquido-gas portano via altre molecole di gas.

Un altro fattore che ha un'influenza importante sulla solubilità del gas è la diffusione delle molecole di gas nell'acqua. Quando la temperatura aumenta, l'attività del gas accelera, la viscosità dell'acqua diminuisce e la velocità di diffusione aumenta.

1. Serbatoio di degasaggio

Il serbatoio di degasaggio è l'impianto di degasaggio più semplice ed efficace. Può fare affidamento sul contatto tra il liquido e l'aria sulla superficie della piscina per rimuovere i gas disciolti. Questo serbatoio di degasaggio è chiamato serbatoio di degasaggio naturale, adatto per gas disciolti volatili e può essere utilizzato per il desorbimento del vapore di condensati acidi. La temperatura dell'acqua è elevata, la velocità del vento è elevata, ci sono aree aperte e non è facile produrre inquinamento secondario. Il suo effetto di degasaggio è generalmente correlato al tempo di conservazione, alla profondità dello strato d'acqua e alla superficie del liquido.

Per migliorare l'effetto di degasaggio, di solito è possibile installare nella piscina un tubo di sfiato in plastica con fori oppure è possibile installare un tubo di nebulizzazione dell'acqua sulla superficie dell'acqua, che diventa una piscina a degasaggio potenziato. L'altezza di installazione del tubo di nebulizzazione dell'acqua deve essere di 1,2~1,5 m dalla superficie dell'acqua. Per prevenire la perdita d'acqua, è possibile aggiungere deflettori o persiane.

La piscina di degasaggio può anche essere progettata come una piscina rettangolare con deflettori. Alla piscina sono stati aggiunti consapevolmente diversi divisori per aumentare il grado di divisione dell'acqua e sul fondo dell'acqua è installato un tubo di plastica con fori per l'aerazione.

2. Torre di degasaggio

Per migliorare l'efficienza del degasaggio, recuperare i gas utili ed evitare l'inquinamento secondario, per raggiungere questo scopo viene solitamente utilizzata una torre di degasaggio. Generalmente le torri di degasaggio sono del tipo a riempimento o a piastre.

La prima è una torre di degasaggio a riempimento, dove l'acqua viene aggiunta alla sommità della torre, a volte attraverso un tubo a getto, e il liquido scorre verso il basso in modo simile a una pellicola attraverso la superficie del riempimento (come gli anelli di Raschig), e l'aria viene immessa dal fondo della torre, in fase continua, dal basso verso l'alto, in contatto controcorrente con il refluo.

L'aria viene generalmente utilizzata come gas di desorbimento per rimuovere i gas non disciolti, come anidride carbonica, ammoniaca, idrogeno solforato o metano. Le torri di degasaggio a riempimento vengono spesso utilizzate nelle raffinerie e nelle cartiere per il desorbimento del vapore di condensati acidi.

Un'altra torre di degasaggio è del tipo a piastre, la cui caratteristica principale è che nella torre è installato un certo numero di piastre e le acque reflue scorrono orizzontalmente attraverso le piastre e confluiscono nella piastra successiva attraverso il tubo di scarico. L'aria passa attraverso lo strato d'acqua sulla piastra in modo gorgogliante o a getto, e la composizione della fase gassosa e della fase acquosa nella torre cambia gradualmente lungo l'altezza della torre.

Il gas espulso dalle acque reflue può essere utilizzato avanti e indietro attraverso l'assorbimento. Ad esempio, la soluzione di NaOH viene utilizzata per assorbire l'HCN rimosso per generare NaCN, mentre l'H2S viene assorbito per generare Na2S, quindi la soluzione satura viene evaporata e cristallizzata. L'H2S può anche essere adsorbito dal carbone attivo e, una volta raggiunta la saturazione, viene lavato con una soluzione di solfuro di azoto e lo zolfo può essere recuperato dopo l'evaporazione.